mini|300px|desno|Rotor i stator elektromotora.
mini|desno|300px|Faradayev pokus koji dokazuje elektromagnetsku indukciju: baterija (desno) stvara električnu struju koja prolazi kroz malu električnu zavojnicu (A), stvarajući magnetsko polje. Kada zavojnica miruje ne inducira se nikakav napon. Ali ako se mala zavojnica kreće unutar velike zavojnice (B), magnetski tok unutar velike zavojnice se mijenja, stvarajući (inducirajući) električnu struju koja se može opaziti na galvanometru (G).Poyser, Arthur William (1892), Magnetism and electricity: A manual for students in advanced classes. London and New York; Longmans, Green, & Co., p. 285, fig. 248. Retrieved 2009-08-06.
mini|desno|300px|Prikaz rada jednog alternatora ili električnog generatora izmjenične struje.
mini|desno|300px|Dijelovi istosmjernog motora (na primjer usisivača): (A) komutator ili kolektor, (B) četkica od elektrografita, (C) namot ili vodiči rotora, (D) namot ili vodiči statora (F) priključak namota ili vodiča, (E) vodilica četkice.
mini|desno|300px|Izmjenični sinkroni električni generator s četiri para polova na rotoru.
mini|desno|300px|Trofazna struja (animirani prikaz): trofazni generator je u donjem lijevom kutu.
mini|desno|300px|Okretno magnetsko polje.
desno|300px|mini|Prikaz rada istosmjernog motora.
desno|300px|mini|Prikaz rada istosmjernog motora.
desno|300px|mini|Prikaz rada istosmjernog motora.
desno|300px|mini|Istosmjerni motor bez četkica koji se koristi za rad s disketama.
desno|300px|mini|Mali sinkroni motor s reduktorom iz mikrovalne pećnice.
desno|300px|mini|Presjek kroz indukcijski ili asinkroni elektromotor.
Električni strojevi su strojevi za pretvorbu mehaničke energije u električnu (električni generator), električne u mehaničku (elektromotor) i jednog oblika električne energije u drugi (električni pretvornik). Pritom se većinom radi o rotacijskom (vrtnja), a vrlo rijetko o pravolinijskom ili linearnome gibanju, pa i u primjeni prevladavaju rotacijski električni strojevi, koji se sastoje od nepomičnoga dijela, statora, i od dijela koji se vrti, rotora, a linearni se strojevi upotrebljavaju samo za posebne namjene (roboti, električna vuča). Električni strojevi grade se u vrlo široku rasponu snaga i volumena; najveći su sinkroni generatori sa snagom oko milijardu i pol voltampera (vata), a najmanji mikromotori za informatičke svrhe, sa snagom reda veličine mikrovata.
Načelo rada svih vrsta električnih strojeva temelji se na osnovnim fizikalnim pojavama: da sila djeluje na električni vodič kada njime u magnetskom polju protječe električna struja, a da se u vodiču inducira električni napon kada se on giba u magnetskom polju (elektromagnetska indukcija). Prema tome je inducirani električni napon U:
gdje je B izraženo u teslama, l u metrima i v u m/s. Odatle vidimo da inducirani električni napon ovisi o: o magnetskoj indukciji B (gustoći magnetskog toka), o duljini električnog vodiča koji se giba u magnetskom polju l i, o njegovoj brzini v, jer što mu je brzina veća, to će biti i veći broj presječenih magnetskih silnica u 1 sekundi.
Magnetsko polje je posrednik pretvorbe energije u svim primjerima, a moguće ga je stvarati i održavati električnim strujama ili trajnim magnetima.
Električni generatori
Električni generator je stroj koji pomoću gibanja električnog vodiča u magnetskom polju stvara električnu struju. Za gibanje vodiča treba pogonska snaga, na primjer parni stroj, parna turbina ili vodna turbina, te motor s unutarnjim izgaranjem. Generatori dakle, pretvaraju mehaničku energiju u električnu energiju. Oni mogu biti za izmjeničnu ili istosmjernu struju.
Generator izmjenične struje Kod generatora izmjenične struje se zbog vrtnje električnog vodiča (okvira) u magnetskom polju inducira u njemu izmjenična struja koja se preko dva klizna koluta, po kojima klize četkice, odvodi do trošila. Da bi se povećao inducirani električni napon, uzima se mjesto jednog okvira namotaj s mnogo namota, koji su namotani na željezni bubanj, izrađen od međusobno izoliranih limova. Isto se tako mjesto jednog para polova može uzeti više pari polova. Prema tome, takav se generator sastoji od statora, na kojem se s unutarnje strane nalaze magnetski polovi koji služe za stvaranje potrebnog magnetskog polja, te rotora (bubnja), na kojem je namotan potreban broj namotaja u kojima se inducira električni napon. Na osovini rotora nalaze se dva klizna koluta koja se zajedno zovu kolektor, po kojima klize četkice za odvod električne struje.
Za proizvodnju struje je potpuno svejedno da li se namoti električnih vodiča okreću, a magnetski polovi miruju, ili se polovi okreću, a namoti miruju. Mnogo je jednostavnija konstrukcija da se polovi, koji se tada nalaze na rotoru, okreću, a da namotaji, u kojim se inducira izmjenična struja, miruje i nalazi se na statoru. U tom slučaju lakše se odvodi električna struja sa stezaljki koje miruju, a uz to je i bolja električna izolacija namotaja. Iz tog razloga se generatori izmjenične struje grade uvijek s rotirajućim polovima i namotajem koji miruje, a preko četkica i kliznih koluta dovodi se istosmjerna struja rotoru za stvaranje magnetskog polja.
Generator istosmjerne struje Generator istosmjerne struje u stvari je također generator izmjenične struje, samo što ima takav kolektor koji omogućuje da u vanjskom strujnom krugu teče uvijek električna struja istoga smjera. Uzmimo da se među magnetskim polovima okreće okvir od bakrene žice kojemu su krajevi spojeni svaki s jednom polovinom koluta, koji se zove kolektor. Po kolutu klize četkice, spojene s električnim vodovima vanjskog strujnog kruga. Struja teče po pravilu desne ruke iz stranice okvira u polovinu koluta kolektora, zatim preko četkice u vanjski električni vod. U neutralnoj zoni, gdje nema sječenja magnetskih silnica, nema ni inducirane električne struje. Električna struja u vanjskom električnom vodu teče uvijek u istom smjeru i ovako dobivena struja je istosmjerna struja. Njena jakost se mijenja od nule, kada bakreni okvir ne siječe magnetske silnice, pa do nekog maksimuma kada okvir siječe najveći broj silnica. To je takozvana pulzirajuća struja. Međutim, u praksi se zahtijeva da generator daje električni napon koji se s vremenom što manje mijenja. Takav napon daje generator s kotvom koja ima mnogo namotaja. Zbog toga je i kolektor razdijeljen ne na dva nego na više dijelova, takozvane lamele koje su spojene s krajevima pojedinih namotaja. Što istosmjerni generator ima više lamela to napon na četkicama manje pulzira.
Za stvaranje magnetskog polja služe elektromagneti. Prema načinu na koji se vrši njihovo pobuđivanje generatore istosmjerne struje dijelimo na: generatore s vanjskim pobuđivanjem i na generatore sa samopobuđenjem. Generatori s vanjskim pobuđenjem dobivaju struju koja teče magnetskim namotajem iz nekog drugog generatora istosmjerne struje ili iz akumulatorske baterije. Generatori sa samopobuđenjem osnivaju se na takozvanom Werner-Siemensovom principu koji se osniva na činjenici da elektromagneti, koji su već jednom bili magnetični, ostaju i poslije magnetiziranja malo magnetični zbog zaostalog (remanentnog) magnetizma. Okreće li se rotor u tom slabom magnetskom polju, namotaji rotora sijeku magnetske silnice pa se u njima inducira slaba struja. Ako se ta struja vodi u namotaje elektromagneta, pojačava se zaostali magnetizam, i sada namoti rotora sijeku više silnica. Inducirana struja bit će jača, ona i dalje pojačava magnetsko polje, i to se tako nastavlja do magnetske zasićenosti. Kažemo da generator sam sebe pobuđuje.
Prema načinu samopobuđenja, generatore istosmjerne struje dijelimo na serijske, poredne i kompaund-generatore. Kod serijskih generatora je namotaj rotora i magnetski namotaj vezan u seriju. Kod porednog generatora je magnetski namotaj vezan paralelno s namotajem rotora. Kompaund-generator ima dva magnetska namotaja, jedan se sastoji od mnogo namota tanke žice i priključuje se paralelno na rotor. Drugi namotaj ima malo namota debele žice i vezan je s rotorom u seriju. Generatori istosmjerne struje sa samopobuđenjem zovu se dinamo-strojevi.
Višefazni generator Potpuno novu konstrukciju električnih generatora izmjenične struje stvorio je Nikola Tesla 1885. kad je otkrio višefazne struje, odnosno višefazne sisteme. Ti višefazni sistemi mogu biti dvofazni, trofazni, četverofazni i tako dalje, ali se praktički gotovo isključivo upotrebljava trofazni sistem. Naime, električni generator može biti tako građen da proizvodi u isti mah više izmjeničnih struja. U tom slučaju njegov stator ima više potpuno odijeljenih namotaja koji se sastoje od skupine u seriju vezanih namota. Jedna takva skupina zove se fazni namotaj ili faza.
Dosada opisani generator izmjenične struje ima samo jedan namotaj s jednim početkom i jednim svršetkom, pa se zato zove jednofazni generator. Dvofazni generator ima dva posebna namotaja, međusobno pomaknuta za jednu polovinu polnog razmaka. Kod vrtnje polova takvog generatora u svakom se od tih namotaja inducira izmjenična struja, pa nastaju dvije odijeljene izmjenične struje koje su za 90° ili 1/4 perioda pomaknute jedna prema drugoj. Takva se struja zove dvofazna struja. Namotaj dvofaznog generatora ima dva početka i dva završetka, a prema tome četiri stezaljke, koje su označene s U - X (prva faza) i V - Y (druga faza).
Kod trofaznog generatora statorski namotaj ima tri potpuno neovisna namotaja ili tri faze koje su tako postavljene da međusobno čine kut od 120°. Svaki namotaj ima svoj strujni krug u kojem se nalaze trošila. Kad se rotor vrti, inducirat će se u svakom namotaju izmjenični napon, te će kroz trošila teći izmjenična struja. No te inducirane izmjenične struje neće biti istovremene, to jest one neće u isto vrijeme postići svoju maksimalnu, minimalnu ni nultu vrijednost. Između njih će postojati fazna razlika od 120°, to jest 1/3 perioda. Namotaj trofaznog generatora ima tri početka i tri završetka, a prema tome šest stezaljki, koje su označene s U - X (prva faza), V - Y (druga faza) i W - Z (treća faza). Osim faznih vodiča R, S, T u trofaznom sustavu postoji i nul vodič u kojem uopće ne teče struja. U svakom je trenutku zbroj struja u faznim vodičima jednak nuli, ali to vrijedi samo onda ako je opterećenje simetrično, to jest kada je ono jednako u sve tri faze. Dakle, kod simetričnog opterećenja nul vodič uopće nije potreban jer kroz njega struja ne teče. Prema tome, za prijenos trofazne struje ne treba šest nego samo tri električna voda kod jednolikog opterećenja svih faza, odnosno četiri voda ako faze nisu jednako opterećene.
Kod trofaznog generatora moramo razlikovati fazni i linijski električni napon. Fazni napon Uf je napon između faznog vodiča i nul vodiča. Linijski napon U je napon između pojedinih faznih vodiča. Linijski napon nije jednak dvostrukom faznom naponu jer trenutni naponi u namotajima pojedinih faza nisu jednaki, pa se linijski napon izračunava iz izraza:
Kad se kod trofaznog sistema govori o naponu, uvijek se pri tom misli na linijski napon. Ako se kod generatora u svakoj fazi inducira elektromotorna sila od 220 V, onda je fazni napon 220 V, a linijski napon 380 V. Električna trošila mogu se priključiti na fazni ili linijski napon. Manja trošila, na primjer žarulje, priključuju se obično na fazni napon. U tom slučaju treba nul vodič. Na linijski napon priključuju se elektromotori i toplinski aparati.